Neues Tool enthüllt Funktion rätselhafter Gensequenzen

Während der große Teil unseres Genoms, der unsere Zellen nicht anweist, Proteine ​​zu bilden, schwieriger zu untersuchen ist als proteinkodierende Gene, hat er doch nachweislich lebenswichtige physiologische Funktionen. Wissenschaftler des Karolinska Institutet in Schweden haben jetzt neue Hochpräzisionswerkzeuge entwickelt, die in der Lage sind, die Funktion dieser nichtkodierenden Sequenzen zu identifizieren. Die Studie, die in der Zeitschrift veröffentlicht wird Naturgenetikkann schließlich zur Entwicklung neuer, zielgerichteter Medikamente beitragen.

Nur ein kleiner Teil unseres Genoms besteht aus Genen, die die Zellen anweisen, bestimmte Proteine ​​herzustellen; die Mehrheit ist sogenannte nichtkodierende DNA, die manchmal als „Junk-DNA“ bezeichnet wird, da ihre Funktion weitgehend unbekannt ist. Jüngste Forschungen haben jedoch gezeigt, dass einige dieser Sequenzen zu RNA führen können, die lebenswichtige zelluläre Prozesse beeinflusst. Es stellt sich heraus, dass die meisten genetischen Veränderungen im Zusammenhang mit verschiedenen Krankheiten in genau diesen nicht kodierenden Teilen der DNA der Patienten liegen.

„Das war eine große Überraschung, und wir müssen jetzt im Detail verstehen, wie sich diese genetischen Veränderungen auf verschiedene Krankheiten auswirken, um schließlich genauere Medikamente entwickeln zu können“, sagt der Erstautor der Studie, Per Johnsson, Forscher am Department of Cell und Molekularbiologie, Karolinska Institutet. „Generell wissen wir nicht viel über diese Wechselwirkung, aber wir glauben, dass nichtkodierende RNA eines Tages eine Quelle für attraktive Wirkstoffkandidaten sein wird. Daher ist es äußerst wichtig, dass wir die Charakterisierung dieser RNA-Moleküle beschleunigen.“

Für diese Studie kombinierten die Forscher die Einzelzellsequenzierung mit mathematischen Berechnungen, um zu zeigen, dass es auf diese Weise möglich ist, die Funktion nichtkodierender RNA zu identifizieren, was sich bisher als sehr schwierig erwiesen hat. Mit diesen Werkzeugen konnten sie dann einen völlig neuen Mechanismus identifizieren, wie die RNA-Moleküle die Aktivität von proteinkodierenden Genen in ihrer Nähe regulieren.

„Nach vielen Jahren der Entwicklung hat die Einzelzellsequenzierung nun ein Stadium erreicht, in dem wir einzelne Zellen isolieren und Regulationsmechanismen mit hoher Präzision untersuchen können“, sagt Studienleiter Rickard Sandberg, Professor an der Abteilung für Zell- und Molekularbiologie des Karolinska Institutet. „Dies ist eine multidisziplinäre Forschung, von der wir glauben, dass sie wesentlich zu unserem grundlegenden Verständnis der Zellbiologie beitragen wird und die uns langfristig neue Erkenntnisse darüber liefern kann, wie die Zellfunktion durch die Wirkung kleiner Wirkstoffe beeinflusst werden kann.“

Die Gruppe hat die Methode bisher verwendet, um die Funktion einer Handvoll nichtkodierender RNA-Moleküle zu untersuchen, aber es gibt Tausende ähnlicher Moleküle, die darauf warten, charakterisiert zu werden. Sie planen nun ähnliche Arbeiten an RNA-Molekülen, die möglicherweise bei der Entstehung von Krankheiten wie Krebs eine Rolle spielen.

„Wir werden Methoden im größeren Maßstab anwenden, um Hunderte bis Tausende ähnlicher Gene parallel zu untersuchen, und so unser Verständnis dieser interessanten RNA-Moleküle erheblich voranbringen“, sagt Dr. Johnsson.